Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

Abb. 3.20 zeigt die Permeabilität und
die AE-Events bzw. die AE-Dichte
(jeweils als Projektion in die ZY-Ebene)
für vier Belastungsstufen. Die Permeabilitätswerte
(k 1) des Gesteins ohne Riss liegen
im Druckintervall 5 bis 50 MPa um
1250 mD und zeigen im Rahmen des Fehlers
keine Veränderung. Im Gegensatz
dazu liegt die Permeabilität (k 2) von Proben,
die einen mit Proppants gefüllten
Riss enthalten, bei 125 mD bis 105 mD.
Die AE-Aktivität zeigt, dass die Zerstörung
von Gesteinsmatrix und Proppants
bereits bei geringer Belastung P Diff (~ 5
MPa) an den Rissflächen einsetzt. Die
AE-Events konzentrieren sich zuerst auf
den Kontakt der Gesteinsmatrix mit der
Proppant-Füllung, mit steigender Belastung
wandert die Aktivität in die Proppant
Packung. Durch mikroskopische Untersuchungen
nach Testende wurden sowohl
zerstörtes Matrixmaterial als auch zerstörte
Proppants identifiziert.
Bei diesem Bespiel handelt es sich um
einen ersten Test. Für allgemeine Aussagen
müssen weitere modifizierte Versuche
durchgeführt werden. Als wesentliches Zwischenergebnis
zeigt sich, dass es an der Rissfläche bereits bei geringen
Differenzialspannungen zu Zerstörungen kommt und
hierbei Feinstmaterial produziert wird, das die Permeabilität
des Gesteinsmatrix-Proppant-Systems reduziert.
Elastische Wellengeschwindigkeiten und Rissdichte von
Gesteinen
Die elastischen Eigenschaften von Gesteinen, insbesondere
die Ausbreitung elastischer Wellen im Gestein werden
durch die druck- und belastungsabhängige Präsenz
von Brüchen und Mikrorissen entscheidend beeinflusst.
Der Einfluss der Rissporosität auf die elastischen Wellengeschwindigkeiten
wird am Beispiel von Basalt- und Granitproben
untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass mit
ansteigendem isostatischem Druck bis 120 MPa vorhandene
Mikrorisse zunehmend geschlossen werden und die
P-Wellengeschwindigkeiten um mehr als 50 % in den
Basaltproben und um weniger als 20 % in den Granitproben
steigen. Die Analyse der Herdmechanismen von akustischen
Emissionen weist darauf hin, dass die Risse und
Abb. 3.21: Rissdichte in (a) Basalt und (b) Granit invertiert
aus der belastungsabhängigen elastischen P-Wellengeschwindigkeit
mit Hilfe des Models von Soga et al.
(1978). Γ H ist die Rissdichte parallel zur Belastungsrichtung
und zur vertikalen Probenachse, Γ V ist die Rissdichte
senkrecht zur Probenachse.
Crack density inverted from P-wave velocity data using
the model of Soga et al., (1978) for Basalt (a) and Granite
(b). Γ H is the density of cracks oriented parallel to the
vertical sample axis compression direction, Γ V is the density
of cracks oriented normal to the sample axis.
Abb. 3.20: a) Vergleich der initialen Permeabilität (k 1) einer Bentheimer
Sandstein Probe mit der Permeabilität derselben Probe mit einem durch
Proppants verfüllten Riss (k 2) bei 10 MPa Ummantelungsdruck. b) Darstellung
der AE-Events bzw. die AE-Dichte als Projektion in die ZY-Ebene bei
Belastung der Probe mit Proppant gefülltem Riss.
Comparison of initial permeability (k 1) of a) Bentheim sandstone sample
with permeability of the same sample with a propped fracture (k 2) at 10 MPa
confinement b) Plot of AE-Locations and AE-Density projected in the
ZY-plane during loading of the sample with a propped fracture.
andere Poren mit steigendem Druck zunehmend kollabieren.
Die druckabhängigen Rissdichten wurden mit verschiedenen
Modellansätzen aus den veränderlichen Ge-
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